220kv变电所的设计与计算

1电气主接线．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1

1.1系统与资料分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1.2主接线方案的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.3主变压器的选择与计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

2短路电流计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

2.1概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.2短路计算的目的及假设．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.3短路电流的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

3电气设备的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

3.1概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.2一般原则．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 3.3主要电气设备的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

4配电装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

4.1配电装置选择的一般原则．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 4.2配电装置选择的依据．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

5断路器 电流互感器 电压互感器

5.1 220KV出线、主变侧．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 5.2 10KV限流电抗器、断路器隔离开关的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 5.3电流互感器的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22 5.4 220KV侧电流互感器的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 5.5 110KV侧的电流互感器的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 5.6 10KV侧电流互感器的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 5.7电压互感器的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28 5.8 220KV侧母线电压互感器的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29 5.9 110KV母线设备电压互感器的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30

参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32 附录I

1

1电气主接线

1.1系统与资料分析

资料： 1．建立变电所的目的：因为某地的区的电力系统的发展与负荷增长拟建一220KV变电所向该地区110KV和10KV供电。

2．地区自然条件：年最高气温+40℃，年最高气温-6℃，年平均气温18℃ 3．出线方向：220KV向北，110KV向南，10KV向东南。 负荷资料：

1.220KV线路5回，其中预留一回备用，架空，采用LGJQ-300 2.110KV线路8回，另外两回备用，符合如下表： 名称 石化 炼油厂 甲县变电所 乙县变电所 丙县变电所 丁县变电所 名称 氮肥厂 机械厂 纺织厂 化工厂 造纸厂 水厂 建材厂 A变电所 B变电所 C变电所 D变电所 最大负荷 35 30 25 22 10 20 最大负荷 3 3 2.5 3 2.5 5 2.5 3 3 3 3 功率因数 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.85 功率因数 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.9 0.9 0.9 0.9 回路数 2 2 1 1 1 1 回路数 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 线路长度 架空50KM 架空30KM 架空60KM 架空90KM 架空110KM 架空85KM 线路长度 架空5KM 架空3KM 架空8KM 架空6KM 架空4KM 架空7KM 架空5.5KM 架空10KM 架空4KM 架空6KM 架空4KM 3.110KV线路共12回，另外两回备用，符合如下表： 以上负荷同时系数均为0.9 4.110KV负荷与10KV负荷同时系数为0.85 5．所用负荷计算： 名称 主变风扇 主充电机 浮充电机 蓄电池通风 蓄电池排风 锅炉房水泵 空压机

容量 0.15 20 14 1.4 1.7 1.7 22 台数 2*66 1 1 1 1 1 2 备注 连续经常 连续不经常 连续经常 连续不经常 连续不经常 连续经常 短时经常 2

载波室 220KV配电装置电机 110KV配电装置电机 220KV DL冬天加热器 110KV DL冬天加热器 室外配电装置照明 室内配电装置照明 1.7 20 20 1 1 20 20 1 连续经常 短时不经常 短时不经常 连续经常 连续经常 连续经常 连续经常 1.2主接线方案的选择

220KV侧接线的选择

方案一：采用单母线接线

优点：接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好，而且在远期调整时线路变更比较方便。由于接线简单，操作人员发生误操作的可能性就要小。

缺点：不够灵活可靠，接到母线上任一一元件故障时，均使整个配电装置停电。

方案二：采用单母分段接线

针对单母线的缺点，可以选用单母线分段接线。它既保留了单母线的基本优点，又在一定程度上克服了它的缺点。在一段母线发生故障或者检修的时候另一段仍然可以继续运行。

缺点：经济性较单母线要差。 方案三：采用双母线方式接线

优点：供电可靠，可以不停电而轮流检修每一组母线，一组母线故障后能够通过隔离开关的轮换操作来迅速恢复供电。当个别线路需要单独进行试验时，可将其接至备用母线，不直接影响工作母线的正常运行。

缺点：投资大，由于线路较为复杂，在隔离开关的倒换操作中很容易出现误操作，还需在隔离开关与断路器之间加装连锁装置，增加投资。

比较结论：作为枢纽变电站，必须保证供电可靠性，采用方案一和方案二的供电可靠性太差，一旦发生故障，有可能导致全网停电，故选择方案三，采用双母线接线方法。

110KV侧接线的选择

3

方案一：选择单母线分段接线

优点：母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。对于双回路线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证重要用户的供电。

缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在此段的所有回路减少了系统的供电量，并使该回路的用户停电。

方案二：选择分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段

优点：有较大的可靠性和灵活性，且检修进、出线断路器时可不中断该回路的供电。

缺点：投资增大，经济性差。 方案三：采用双母线接线

优点：供电可靠，可以不停电而轮流检修每一组母线，一组母线故障后能够通过隔离开关的轮换操作来迅速恢复供电。当个别线路需要单独进

行试验时，可将其接至备用母线，不直接影响工作母线的正常运行。 缺点：投资大，由于线路较为复杂，在隔离开关的倒换操作中很容易出现误操作，还需在隔离开关与断路器之间加装连锁装置，增加投资。

比较结论：由于此电压侧有1回路的一类负荷，1回路的二类负荷，选择方案一可靠性太差，而采用双母线接线方式投资较大，经济性差。折中考虑可靠性与经济性，故选择分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段的接线法。

10kV侧接线的选择

方案一：采用单母线接线

优点：接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好。由于接线简单，操作人员发生误操作的可能性就要小。

缺点：可靠性和灵活性差。当电源线路，母线或者母线隔离开关发生故障或者检修的时候全部回路停止供电，造成很大的经济损失。

方案二： 采用单母线分段接线

优点：母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。对于双回路线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证重要用户的供电。

缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在此段的所有回路减少了系统的供电量，并使该回路的用户停电。

方案三：采用双母线接线

4

优点：供电可靠，可以不停电而轮流检修每一组母线，一组母线故障后能够通过隔离开关的轮换操作来迅速恢复供电。当个别线路需要单独进行试验时，可将其接至备用母线，不直接影响工作母线的正常运行。

缺点：投资大，由于线路较为复杂，隔离开关的倒换操作中很容易出现误操作，还需在隔离开关与断路器之间加装连锁装置，增加投资。

比较结论：由于此电压侧有2回路的二类负荷，选择方案一可靠性太差，而采用双母线接线投资较大，经济性差。折中考虑可靠性与经济性，故而选择单母线分段的接线方法。

1.3主变压器的选择与计算

主变压器的选择

变压器是变电站主要电气设备之一，其主要功能是升高或降低电压，以利于电能的合理输送、分配和使用。从电工学中知道，输电线路中流过的电流越大，损失的功率就越大。所以采用高压输电减少线路的功率损耗，故将发电厂发出的电力经变压器升压后输送，送到供电地区后经降压变压器变换成低电压供用户使用。

由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是市郊区220KV降压变电所，它是以220KV受功率为主。把所受的功率通过主变传输至110KV及10KV母线上。若全所停电后，将引起下一级变电所与地区电网瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。考虑到两台主变同时发生

故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。 主变压器容量的选择

主变容量一般按变电所建成近期负荷，5～10年规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，该所近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负

5

荷来选择主变的容量，根据变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的70%～80%。该变电所是按70%全部负荷来选择。因此，装设两台变压器变电所的总装容量为：∑se = 2（0.7PM） = 1.4PM。

当一台变压器停运时，可保证对60%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证98%负荷供电，而高压侧220KV母线的负荷不需要通过主变倒送，因为，该变电所的电源引进线是220KV侧引进。其中，中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器传输至各母线上。因此主变压器的容量为：Se = 0.7（SⅡ+SⅢ）。 主变压器的结构

容量125MW以下具有三种电压等级的变电所，如各侧的功率均达到主变压器额定容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但需要装设无功补偿设备时，主变压器一般选用三绕组变压器。

变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只要有Y和△，高、中、低三侧绕组如何结合要根据具体工作来确定。我国110KV及以上电压，变压器绕组多采用丫连接；35KV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35KV以下电压，变压器绕组多采用△连接。 主变压器的计算 110KV回路：

S =（35 + 30 + 25 + 22 + 10）/0.9 + 20/0.85 = 135.56 + 23053 = 159.09 MV·A

10KV回路：

S =（3 + 3 + 2.5 + 3 + 2.5 + 5 + 2.5）/0.85 +（3 + 3 + 3 + 3）/0.9 = 25.29 + 13.33 =38.62 MV·A

所用电负荷分析：

连续经常、连续不经常按100%计入 ： P =PN

S = 0.15×132 + 20 + 14 + 1.4 + 1.7 + 1.7 + 1.7 + 1 + 1 + 20 + 20 = 102.3 KV·A

短时经常： P= 0PN S = 0.5 × 22×2 = 22 KV·A 短时不连续： P = 0 主变压器承担总负荷：

SZ=（159.09 + 38.62）×0.9×0.85 +0. 1023 +0.0 11 = 151.36 MV·A

1. 一台断开时，另一台变压器的容量一般保证70%全部负荷的供电

6

S=0.7SZ=0.7×151.36=105.95 MVA 2. 每台变压器容量一般按下式选择：8.4SSMN≥

110%2

S=1.1×151.36/2=83.25MV A

选择容量最接近的120MVA三绕组变压器SFPZ-120000/220。 变压器参数：

额定容量：120000/120000/60000

额定电压：220±6×1.5%/118.25/10.5 空载电流（%） 0.48 空载损耗 175KW

负载损耗（KW）359/121/84 阻抗电压（%）：高-中12.1 高-低 21.6 中-低 8.4

2短路电流计算

2.1概述

在电力系的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。

短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。

在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地

短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。

电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。

2.2短路计算的目的及假设

一、短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节。 其计算目的是：

1．在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。 2．在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安 全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。

3．在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。

4．在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。

5．按接地装置的设计，也需用短路电流。

7

二、短路电流计算的一般规定

1．验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后5～10年）。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

2．选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

3．选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。

4．导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。

三、短路计算基本假设

1．正常工作时，三相系统对称运行； 2．所有电源的电动势相位角相同；

3．电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；

4．不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

5．元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响； 6．系统短路时是金属性短路。 四、基准值

高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值： 基准容量：SB = 1000MVA

基准电压：Uav（KV） 10.5 115 230

五、短路电流计算的步骤

1．计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下； 2．给系统制订等值网络图； 3．选择短路点；

4．对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。

1标幺值：I =

X

有名值：I =IIB

5．计算短路容量，短路电流冲击值 短路容量：S = 3UI

短路电流冲击值：iM= KMIm 8

6．列出短路电流计算结果

2.3短路电流的计算

一、当220KV进线母线上发生三相短路（取XL=0.4Ω/KM） 选取SB=1000MVA和UBUav 1．等值电路

X10001=0.38×2000=0.907 X10002=0.45×1500=0.3

X10003=0.5×

1000=0.5

X=0.4×1201000l1×2302=0.907

Xl2=0.4×150×

10002302=1.134

X1000l3=0.5×0.4×80×2302=0.3

X1000l4=0.4×180×

2302=1.36

XXl14=X1+l1+

X1XX=1.224

l4XX1Xl45=X1+Xl4+

X=1.835

l1XXl1Xl46=Xl1+Xl4+X=8.76

1 X7=X3+Xl3=0.8

XX6Xl28=

X6X=1

l2XXX5X89=5X8+

X=8.95

2

（a）

（b）

9

X10=X2X8+

X2X8X5=1.46

X11=

X4XX499X=1.08

（c）

（d）

2.计算电抗：

X2000js11=1.08×1000=2.16 X=1.46×1500js101000=2.19

X1000js7=0.8×1000=0.8

电抗有名值：

IN1=

2000=5.02KA 3230I1500N2=

=3.765KA 3230I1000N3=

=2.51KA

3230查表得（t=0.4s）：

IP1=0.482 I1=IN1×IP1=5.02×0.482KA

I2=IN2×IP2=3.765×0.47KA

I3=IN3×IP3=2.51×1.474KA

(e)

IP2=0.470 IP3=1.474

10

If220=I1+I2+I3=7.89KA

根据《电力工程电气设计手册》的相关规定 取电流冲击系数kch1.8

当不计周期分量的衰减时，短路电流全电流最大有效值

I2k12(Kch1)I1.51I

Ik1.517.8912KA当不计周期分量衰减时 冲击电流ik2kchI21.8I2.55I20.12KA

短路容量 S3UbI32307.893143.15MVA 二、110KV侧母线发生短路

（a）

（b）

U1I%2(UIII%UIIII%UIIIII%)12(14.0223.927.76)15.09 UII%12(UIII%UIIIII%UIIII%)12(14.027.7623.92)1.07

UIII%12(UIIII%UIIIII%UIIII%)12(23.927.7614.02)8.83

变压器高压侧电抗 XUNIUI%×

S×

SBNU

BXI1.324 同理可得：XII0.094 XIII0.774

XT112(XIXII)0.615

由星网变换得等值网络图(b)

转移电抗：X10.4070.615(1/0.4071/0.61/0.5751/0.615)1.874 11

X0.60.615(1/0.4071/0.61/0.5751/0.615)2.763 2 X30.5750.615(1/0.4071/0.61/0.5751/0.615)2.648 Xjs13.606 Xjs23.987 Xjs12.547

由220KV可知：f2： I6.434KA 根据《电力工程电气设计手册》的相关规定 取电流冲击系数kch1.8

当不计周期分量的衰减时，短路电流全电流最大有效值

Ik12(K2ch1)I1.51I

Ik1.516.4349.71KA当不计周期分量衰减时 冲击电流ik2kchI21.8I2.55I16.407KA

短路容量 S3UbI31156.4341281.6MVA 三、10KV侧母线发生短路

（a）

（b）

由星网变换得等值网络图(b) 转移电抗:

X10.4071.049(1/0.4071/0.61/0.5751/1.049)2.91 X20.61.049(1/0.4071/0.61/0.5751/1.049)4.29 X30.5751.049(1/0.4071/0.61/0.5751/1.049)4.11计算电抗： Xjs15.82 Xjs26.435 Xjs34.11

12

由220KV可知： f3： I45KA 根据《电力工程电气设计手册》的相关规定 取电流冲击系数kch1.8

当不计周期分量的衰减时，短路电流全电流最大有效值

Ik12(Kch1)I1.51I2

Ik1.514567.95KA当不计周期分量衰减时 冲击电流ik2kchI21.8I2.55I114.75KA

短路容量 S3UbI310.545818.4MVA

3电气设备的选择

3.1概述

导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。

电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先

进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。

电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。

3.2一般原则

1．应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；

2．应按当地环境条件校核； 3．应力求技术先进和经济合理； 4．选择导体时应尽量减少品种；

5．扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；

6．选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。

3.3主要电气设备的选择

项目 变压器

台数 2

型号

额定电压（KV） 220/115/10.5

SFPZ-120000/220

13

电压互感器 电流互感器 断路器 隔离开关 电压互感器 电流互感器 断路器 隔离开关 电压互感器 电流互感器

3 8 8 20 3 11 11 28 2

JCC2-220 LCW2-220 LW2-220

GW6-220D/1000-83 JCC2-110 LCWD-110 LW6-110I GW4-110D/1000-80 JDZJ-10 LMC-10

220 220 220 220 110 110 110 110 10 10

断路器 隔离开关 所用变压器 限流电抗器

18

LW3-10II

GN10-10T/5000-200

10 10 10 10

4配电装置

4.1配电装置选择的一般原则

一、总的原则：

高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策,遵循上级颁发的有关规程、规范及技术规定,并根据电力系统条件、自然环境特点和运行、检查、施工方面的要求，合理制定布置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置、新设备、新材料、新结构，使配电装置不断创新，做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。

14

变电所的配电装置形式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行，检修和安装要求，通过技术经济比较予以确定。 二、基本要求

1.配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和经济技术政策,如节约土地。

2.保证运行可靠按照系统和自然条件,合理选择设备,在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离。 3.便于巡视、检修和操作。

4.在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价。 5.安全和扩建方便。 三、基本步骤

1.根据配电装置的电压等级、电器的型式、出线的多少和方式、有无电抗器、地形、环境条件等因素选择配电装置的型式； 2.拟定配电装置的配置图；

3.按照所选的外形尺寸、运行方法、检修及巡视的安全和方便等要求，遵照《配电装置设计技术规程》的有关规定，并参考各种配电装置的典型设计手册，设计绘制配电装置的平、断面图。

4.2配电装置选择的依据

1.母线及构架

母线选用管形母线，管形母线安装在柱式绝缘子上，母线不会摇摆，相间距离可缩小，与剪刀式隔离开关配合可以节省占地面积；管形母线直径大，表面光滑，可提高电晕起始电压。但管形母线易产生微风共振和存在端部效应，对基础不均匀下沉比较敏感，支柱绝缘子抗震能力较差，采用倾斜的V型绝缘子串将管形母线挂在母线构架上，可提高抗震能力。

构架可由型钢或钢筋混凝土制成。钢构架机械强度大，可以按任何负荷的尺寸制造，便于固定设备，抗震能力强，运输方便，但金属消耗量大。钢筋混凝土构架可以节约大量钢材，也可满足各种强度和尺寸的要求，经久耐用，维护简单，并且可以在工厂成批生产，并可分段制造，运输和安装尚比较方便，所以，我们

选用这个。 2.电力变压器

变压器基础一般做成双梁形并铺以铁轨，轨距等于变压器的滚轮中心距。为了防止变压器发生事故时，燃油流失使事故扩大，单个油箱油量超过1000kg以上的变压器，按照防火要求，在设备下面需设置储油池或挡油墙，其尺寸应比设备外廓大1m，储油池内一般铺设厚度不小于0.25m的卵石层。

主变压器与建筑物的距离不应小于1.25m，且距变压器5m以内的建筑物，在变压器总高度以下及外廓两侧各3m的范围内，不应有门窗和通风孔。当变压器油量超过2500kg以上时，两台变压器之间的防火净距不应小于5~10m，如布置有困难，应设防火墙。 3.电器的布置

按照断路器在配电装置中所占据的位置，可分为单列、双列和三列布置。断路器的排列方式，必须根据主接线、场地地形条件、总体布置和出线方向等多种因数合理选择。

少油（或空气、SF6）断路器有低式和高式两种布置。低式布置的断路器安装在

15

0.5～1m的混凝土基础上，其优点是检修比较方便，抗震性能好，但低式布置必须设置围栏，因而影响通道的畅通。一般在中型配电装置中，断路器和互感器多采用高式布置，即把它们安装在约高2m的混凝土基础上，基础高度应满足：①电器支柱绝缘子最低裙边的对地距离为2.5m；②电器间的联线对地距离应符合C值要求。

避雷器也有高式和低式两种布置。110kv以上的阀型避雷器由于器身细长，多落地安装在0.4m的基础上。磁吹避雷器及35kv阀形避雷器形体矮小，稳定度较好，一般采用高式布置。 4.电缆沟和通道

屋外配电装置中电缆沟的布置，应使电缆所走的路径最短。一般横向电缆沟布置在断路器和隔离开关之间，大型变电所的纵向电缆沟，因电缆数量多，一般分为两路。采用弱电控制和晶体管断电保护时，为了抗干扰，要求电缆沟采用辐射形布置，并应减少控制电缆沟与高压母线平行的长度，增大两者间的距离，使电磁和静电耦合减为最小。

为了运输设备和消防的需要，应在主要设备近旁铺设行车道路。大、中型变电所内一般均应铺设宽3m的环行道。

屋外配电装置内应设置0.8~1m的巡视小道，以便运行人员巡视设备，电缆沟盖板可作为部分巡视小道。

5.1 220KV出线、主变侧

（1）、主变断路器的选择与校验 流过断路器的最大持续工作电流

Imax1.051800003220496.01(A)

具体选择及校验过程如下： 1)、额定电压选择：UN≥UNs=220KV 2）、额定电流选择：IN＞Imax=496.01A 3）、开断电流选择：INbr＞I″=17.376KA

选择SW6—220/1200，其SW6—220/1200技术参数如表5.2。

表5.2 SW6—220/1200技术参数表

型号

额定电额定 压KV

电流A

断流容 量MVA

额定断流 极限通过 热稳定 量KA

电流KA

电流KA

固有分 闸时间

16

峰值 4S SW6-220/120220

1200

6000

21

55

21

0

4）、热稳定校验：I2tt> Qk

I22tt=21×4=1764[（KA）2S]

电弧持续时间取0.06S，热稳定时间为：tk =1.5+0.04+0.06=1.6S 查计算电抗并计算短路电流为

I5001000.8=0.5193230+66.6673230=17.319KA

I1.6=0.5125003230+66.6671003230=17.321KA

22QI\"10Itk/2I2tkK12tk17.37621017.319217.3212121.6 所以，I2

t

t> Qk

120.252[（KA）2S]满足热稳校验。

5）、动稳定校验：ies=55kA＞ish=44.309KA满足校验要求。 具体计算数据与断路器型号参数对照如表5.3所示。

表5.3 SW6-220/1200参数对照表

计算数据 SW6-220/1200 UNs 220KV UN 220KV Imax 496.01A IN 1200A I″ 17.376KA

INbr 21KA

S 0.04

17

ish 44.309KA QK 120.252[（KA）

2

INcl 55KA

It2t 212×4=1764[（KA）

2

s] s]

ish 44.309KA

由表可知，所选断路器满足要求。

ies 55KA

（2）、母联及出线断路器的选择与校验

21800003220944.88A

Imax由上表可知SW6-220/1200同样满足母联及出线断路器的选择。其动稳定、热稳定计算与主变侧相同，所以还是才用SW6-220/1200作为母联和出线短路器。

（3）、主变侧隔离开关的选择及校验过程如下： 1)、额定电压选择：UN≥UNs=220KV 2）、额定电流选择：IN＞Imax=496.01A 3）、极限通过电流选择：ies＞ish=44.309KA

GW6—220D/1000—80，其技术参数如表5.4所示。

表5.4 GW6—220D/1000—80技术参数表

型号

额定电压/KV 额定电流

/A

极限电流/KA 峰值

GW6—220D/1000—80

220

1000

80

热稳定电流/KA

4S 23.7

4）、热稳定校验：It2t> Qk

It2t=23.72×4=2246.76[（KA）2S] 所以， It2t> Qk 满足热稳校验。

18

5）、动稳定校验：ies=80KA＞ish=44.309kA满足校验要求。 具体计算数据与隔离开关型号参数对照如表5.5所示。

表5.5 GW4-220D/1000—80参数对照表 计算数据 UNs 220KV Imax 496.01A QK 115.743[（KA）S]

2

2

GW4-220D/1000—80

UN 220KV IN 1000A

Itt 23.7×4=2246.76[（KA）

22

S]

ish 44.309KA

由表可知，所选隔离开关各项均满足要求。

ies 80KA

（4）、母联及出线侧隔离开关的选择及校验过程如下：

21800003220944.88A

Imax由上表可知GW6—220D/1000—80同样满足母联及出线隔离开关的选择。其动稳定、热稳定计算与主变侧相同，所以还是选用GW6—220D/1000—80作为母联和出现隔离开关。

5.2 10KV限流电抗器、断路器隔离开关的选择

由于短路电流过大需要装设限流电抗器 （1）、限流电抗器的选择

24310.5IN1.32

UNUNS10KV

设将电抗器后的短路电流限制到I″=20KA

19

1)初选型号

根据以上条件初选XKK—10—4000—4 电抗器标么值： X*∑=

IBI” 其中：IB100310.55.5KA

2)选择电抗值

电源至电抗器前的系统标么值：

X′X*//XBF*0.0840.5240.0840.5240.0724AF*

XL%= （IBINUB5.5400010500-X′ ）100%（-0.0724）11.2%*∑I″IBUN20550010000 曾运用4%的电抗器，计算结果表明不满足动稳定要求，故改为XKK-10-4000-12,其参数如表5.10所示

表5.10 XKK—10—4000—12技术数据

型号

额定电压 KV

额定电流 A

电抗率

动稳定电流峰值KA

4S

SW4—10—4000

3）电压损失和残压校验

当所选电抗值大于计算值时，应重算电抗器后短路电流，以供残压校验。 为计算短路电流，先计算电抗标么值为

IdUnInUd550010000400010500热稳定电流

KA

固有分闸时间S

10KV 4000 12% 204 80 0.17

X*LXL%0.120.157

20

X*∑X′X*L0.07240.1570.229*∑

其中tk=2+0.17+0.05=2.22S，查短路电流计算曲线并换算成短路电流有名值：I″=76.154KA I2.22=76.23KA I1.11=76.23KA

则电压损失和残压分别为

ImaxIN13474000U%=U%=XL%sin0.0120.62.42%＜5%

Ure%=XL%I″IN0.1276.1544.0228%＞60%～70%

4）动、热稳定校验

QK=I″10I222tk/2I2tk1212tk22

76.1541076.2376.2322.22

12898.306[（KA）s]ish=KshI″=2.5576.154=194KA＜204KA 具体计算数据与先流电抗器型号惨数对照如表5.11所示。

表 5.11 XKK—10—4000—12对照参数 计算数据 UNs 10KV Imax 1347A

QK 12898.306[（KA）2s]

XKK—10—4000—12

UN 10KV IN 4000A

QK 802×4=25600 [（KA）2s]

ish 194KA

根据以上校验，选择满足要求。 限流后I″=20KA ish=2.55×20=51KA

ies 204KA

21

（2）断路器的选择及校验过程如下： 流过断路器的最大工作电流：

I24max310.51.39

1）、额定电压选择：UN≥UNs=10KV 2）、额定电流选择：IN＞Imax=1.39KA 3）、开断电流选择：INbr＞I″=20KA

选择SN4—10G/5000，其技术参数如表5.12所示：

表5.12 SN4—10G/5000技术参数

型号

额定电额定 断流容 额定断流 极限通过压KV

电流A

量MVA

量KA 电流KA

峰值 300

4）、热稳定校验

I2tt=1202×5=72000[（KA）2S 设后备保护时间为1.5S，灭弧时间为0.06S

tk1.50.150.061.71S

查短路电流计算曲线并换算成短路电流有名值：I″=20KA

I50011.91001.71=0.3775.6KA310.5310.5500100

I0.8550.3811.976.1KA310.5310.5热稳定 固有分电流KA 闸时间4S S

120

22

QK=I″10I22tk/2I2tk12tk201076.175.6122221.719123.9[（KA）s]

2 It2t> Qk 满足要求。

5）、动稳定校验：ies=300kA＞ish=51kA满足校验要求。 具体参数如表5.13：

表 5.13 SN4-10G/5000参数对照 计算数据 UNs 10KV Imax 1390A I″ 20KA

SN4-10G/5000 UN 10KV IN 5000A INbr 105KA INcl 300KA

It2t 1202×5=72000[（KA）2s]

ish 194.193KA QK 9123.9 [（KA）2s]

ish 51KA

由表可知，所选断路器满足要求。 （3）隔离开关的选择及校验过程如下： 1）、额定电压选择：UN≥UNs=10KV 2）、额定电流选择：IN＞Imax=1390A 3）、极限通过电流选择：ies＞ish=51KA

ies 300KA

选择GN10—10T/5000—200，其技术参数如表5.14。

表5.14 GN10-10T/5000-200技术参数

型号

额定电压KV

额定电流 A

极限通过电流KA 峰值

热稳定电流

KA 5S

23

GN10-110T/5000-200 10 5000 200 100

4）、热稳定校验：It2t> Qk

It2t=1002×5=50000[（KA）2s]

所以，It2t> Qk= 9123.9 [（KA）2s]，满足热稳校验。 5）、动稳定校验：ies=200kA＞ish=51kA满足校验要求。 具体参数如表5.15。

表 5.15 GN10-10T/5000-200参数对照 计算数据 UNs 10KV Imax 1390A QK 9123.9 [（KA）2S]

GN10-10T/5000-200

UN 10KV IN 5000A

It2t 1002×5=50000[（KA）2S]

ish 51KA

由表可知，所选隔离开关各项均满足要求。

ies 200KA

10KV母联和出线断路器及隔离开关的最大工作条件与变低10KV侧应满足相同的要求，故选用相同设备。即选用SN4-10G/5000型少油断路器和GN10-10T/5000—200型隔离开关。

5.3 电流互感器的选择

电流互感器的选择和配置应按下列条件：

型式：电流互感器的型时应根据使用环境条件和产品情况选择。对于6～20KV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35KV及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。

ug(一次回路工作电压)un （5-6）

24

一次回路电流：

Igmax(一次回路最大工作电压)I（原边额定电流） （5-7） m准确等级：要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求高的表计来选择。

二次负荷： SnI2nZ2n(VA) （5-8） 式中， SnI2nZ2n(VA) （5-9）

S2I22nZ2n （5-10）

动（5-11）

稳定：

ish＜2ImKdw

式中，Kdw 是电流互感器动稳定倍数。

2（ImKt） （5-12）热稳定： I2tdz

Kt为电流互感器的

1s热稳定倍数。

5.4 220KV侧电流互感器的选择

主变220KV侧CT的选择 一次回路电压：unug220KV 一次回路电流：ImIgmax431800003220629.84A

根据以上两项，初选LCW220户外独立式电流互感器，其参数（4300/5）如表5.16：

表5.16 LCW-220（4×300/5）参数

型 号 额定级次 准二次负荷 10%倍1S热稳动稳定

25

电流组合 确A 级准确等级 数 定 次 0.2V.A 0.5 1 3 5P 10P 二次 Ω V.A 负荷 LCW-220 4×D/D D 1.2 4 2 倍 电 倍 电 数 流 倍 数 流 数 1.2 30 1200 60 1200 60 300/5 D/0.5 0.5 动稳定校验：ish2ImKdw

2ImKdw2120060101.81KAish44.309KA

满足动稳定要求。

2（ImKt） 热稳定校验：I2tdz（ImKt)2(120060)25184KA2SQK1428.11

满足热稳定要求。

综上所述，所选LCW220(4300/5)满足要求。

表5.17 LCW-220（4×300/5）参数

设 备 项 目 un≥ug IeIgmax LCW-220 产品数据 计算数据 220KV 1200A 220KV 629.84A 26

(ImKt)2＞Qk 5184KAS 101.81KA 21428.11KAS 44.309KA 22ImKdw＞ish 由于220KV母联和出线与变高220KV侧的运行条件相应，故同样选用

LCW220(4300/5)型

CT。

5.5 110KV侧的电流互感器的选择

主变中110KV的TA择：

一次回路电压：unug110KV

431800003110一次回路电流：ImIgmax1159.67A

根据以上两项，初选LCWDL110/(2600/5)户外独立式电流互感器，其参数如表5.18所示。

表 5.18 LCWDL-110/（2×600/5）参数

型 号 A 额定电流 级次组合 准确级次 准确等级 二次负荷 10%倍1S热稳动稳定 数 定 倍 数 0.2 0.5 1 3 5P 10P 二V.A 次 Ω V.A 负荷 倍 电 倍 电 数 流 数 流 LCWDL110 2600/5 0.5/D/D 0.5 2 1.2 20 1200 75 1200 135 动稳定校验：ish2ImKdw

27

2ImKdw21200135229.10KAish27.484KA

热稳定校验：

QK（ImKt）

2(ImKt)2(120075)28100KA2SQk7555.96KA2S

满足热稳定性要求。综上所述，所选的电流互感器LCWDL110/(2600/5)满足动热稳定性要求。

表 5.19 LCWDL-110/（2×600/5）参数

设 备 项 目 un≥ug IeIgmax (ImKt)2LCWDL-110（2×600/5） 产品数据 计算数据 110KV 1200A 8100KAS 229.10KA 2110KV 1159.67A 7555.96KAS 27.484KA 2＞Qk 2ImKdw＞ish 母联和出线的工作条件与变中110KVCT应相同，所以同样选择型CT。

5.6 10KV侧电流互感器的选择

10KV主变进线回路CT的选择 一次回路电压：unug10KA 二次回路电流：ImIgmax43243101848A

由此得，初选LMZD10(11000/5)户外独立式电流互感器，其参数如表5.20。

28

表 5.20 LMZD-10（11000/5）参数

型 号 A 额定电流 级次准二次负荷 10%倍数 准确等级 0.2 V.A LMZD-10（11000/5） 11000/5 0.5/D 0.5 组合 确级次 1S热稳定 动稳定 0.1 3 55 Ω 10二次 倍 负荷 数 电 流 倍 数 电 倍 流 数 P P V.A 1.2 1.2 20 11000 40 11000 90 动稳定校验ish2ImKdw：

2ImKdw211000901399.86KAish194.193KA

2（ImKt） 热稳定校验：QK(ImKt)2(1100040)2193600KA2SQk5464.17

满足热稳定性要求。

综上所述，所选的电流互感器LMZD10(11000/5)满足动热稳定性要求。

表 5.21 LMZD-10（11000/5）参数

设 备 项 目 产品数据 计算数据 LMZD-10 un≥ug 10KV 10KV 29

IeIgmax (ImKt)211000A 193600KAS 1399.86KA 21848A 5464.17KAS 194.193KA 2＞Qk 2ImKdw＞ish 由于10KV母联只在一台主变停运时才有大电流通过，与10KV母线侧电流互感器相同，所以同样选择户LMZD10(11000/5)户外独立式电流互感器。

5.7 电压互感器的选择

电压互感器的选择和配置应按下列条件：

型式：6～20KV屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用树脂胶主绝缘结构的电压互感器；35KV～110KV配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器；220KV级以上的配电装置，当容量和准确等级满足要求，一般采用电容式电压互感器。在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感器。

一次电压u1、unu10.9un，un为电压互感器额定一次线电压。 二次电压：按表所示选用所需二次额定电压u2n。

表5.22 二次额定电压

绕组 主二次绕组 附加二次绕组 用于中性点不接地或经消弧线圈接地 高压侧接入接于线电压接于相电压方式 上 上 用于中性点直接接地系统中心 二次额定电压 100 100/3 100 100/3 准确等级：电压互感器在哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表，

30

继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定，规定如下：

用于发电机、变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表，及所有计算的电度表，其准确等级要求为0.5级。

供监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，其准确等级，要求一

般为１级。

用于估计被测量数值的标记，如电压表等，其准确等级要求较低，要求一般为3级即可。

在电压互感器二次回路，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求准确等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确度等级。

5.8 220KV侧母线电压互感器的选择

型式：采用串联绝缘瓷箱式电压互感器，作电压，电能测量及继电保护用。 电压：额定一次电压：U1n220KVU2n100/3V

准确等级：用于保护、测量、计量用，其准确等级为0.5级，查相关设计手册，选择PT的型号：JCC2—220。

额定变比：1100.1//0.1KV33

5.9 110KV母线设备电压互感器的选择

型式：采用串联绝缘瓷箱式电压互感器，作电压、电能测量及继电保护用。 电压：额定一次电压：U1n110KVU2n0.1/3V

准确等级：用户保护，测量、计量用，其准确等级为0.5级。 查《发电厂电气部分》，选定PT的型号为：JCC-110

31

1100.1//0.1KV3额定变比为：3

5.10 10KV母线设备电压互感器的选择

型式：采用树脂浇注绝缘结构PT，用于同步、测量仪表和保护装置。 电压：额定一次电压：U1n10KVU2n0.1KV

准确等级：用于保护、测量、计量用，其准确等级为0.5级。 查《发电厂电气部分》选定PT型号：JDJ-10 额定变比为：10/0.1KV

表3-10 隔离开关选择表： 计算数据 GN10-10T/5000-200 UINS 10 KV 16.37 A 195.68 KA 26024.14UN 10 KV 5000 AmaxI N ish iI2es 200 KA 40000KAS 2QkKA2S t表3-11 电流互感器选择表： 计算数据 LFZJ1-10 UI

NS 10 KV 16.37 A UN 10 KV 400 AmaxI N 32

参考文献

【1】刘笙.电气工程基础[M]（第二版）.北京：科学出版社，2008

【2】陈珩.电力系统稳态分析[M]（第三版）.北京：中国电力出版社，2007 【3】李光琦.电力系统暂态分析[M]（第三版）.北京：中国电力出版社，2007

【4】杨淑英.邹永海.电力系统分析复习指导[M]（第二版）.北京：中国电力出版社，2008

33

380V 10KV 10KV 220KV 220KV 110KV 220KV变电所

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